帕金森病发病机制的研究进展

　　作者：王云甫　　作者单位：郧阳医学院附属太和医院神经内科,湖北 十堰 442000

　　【关键词】 帕金森病,病因,发病机制

　　帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是一种以黑质纹状体通路的退变为主要特征的神经系统变性疾病。多发于中老年人，在50岁以上人群的发病率约为1%，显著降低了生命质量和预期寿命，社会危害很大。该病以运动减少、肌张力强直和震颤为主要症状;以中脑黑质致密区多巴胺能神经元进行性缺失并伴有Lewy小体生成为主要病理特征[1-3]。PD的发病可能与遗传因素、环境因素、线粒体功能障碍等有关，但具体机制仍不明确。

　　1 遗传基因和PD

　　近年来，随着流行病学调查及遗传学研究的深入，人们越来越意识到遗传因素在PD的发病中具有重要的作用。目前，研究已发现PARK 110等10个染色体定位以孟德尔遗传方式与PD连锁，其中5个涉及常染色体显性(autosomal dominant,AD)遗传，4个以常染色体隐性(autosomal recessive,AR)遗传方式传递，1个可能属于晚发性散发PD[3-5]。在这些染色体定位中有4个基因已被克隆：αsynuclein基因、parkin基因、DJ1基因和UCHL1基因。

　　1.1 αsynuclein基因(PARK1)

　　αsynuclein基因是在一个意大利裔美国大家系中被首先发现的，属AD遗传。连锁分析发现，致病基因定位于4q21q23，编码αsynuclein 基因的3号外显子有突变，此错义突变导致53位的丙氨酸被苏氨酸替代(A53T)。随后，又相继发现A30P，E46K突变。但是这些点突变只在很少一部分常染色体显性遗传性PD患者中发生，这些患者与散发性PD的症状相似，只是发病年龄更早，进展更快，伴有非典型临床症状[6-8]。

　　αsynuclein基因编码一种突触前蛋白即αsynuclein蛋白，它在大脑中广泛表达，目前其生理功能还不完全明确。正常的αsynuclein蛋白代谢障碍可能导致大量αsynuclein蛋白聚集形成Lewy小体，这可能是散发性PD的主要原因。αsynuclein基因突变能促进αsynuclein蛋白初原纤维的形成，而αsynuclein蛋白初原纤维对神经元有毒性作用。体外实验表明，αsynuclein蛋白初原纤维像某些打孔细菌毒素一样能在细胞膜上形成小孔而使得突触膜的渗透性增加，从而干扰多巴胺的储存;同时还可以损伤线粒体膜，导致跨膜电势的扩散和凋亡前因子的释放，促进神经细胞凋亡[9-10]。

　　1.2 parkin基因(PARK2)

　　parkin基因首先在日本的常染色体隐性遗传的青少年型PD(autosomal recessive juvenile parkinson’s disease,AJPD)家系中被发现，此基因定位在第6号染色体的6q25.2～27。parkin基因全长1.5 Mb，有12个外显子，编码序列为1 395 bp，所编码蛋白含465个氨基酸。parkin蛋白在大脑，特别是黑质区有丰富表达，而ARJP患者脑内缺乏parkin蛋白的表达。parkin蛋白作为一种泛素-蛋白连接酶参与蛋白降解[11-12]。泛素-蛋白酶体系统(ubiquitinproteasome system,UPS)负责胞浆内、膜内和内质网分泌通路内异常蛋白的分解代谢，是降解胞内异常蛋白的基本生化通路，其功能障碍将导致异常蛋白的聚积和细胞死亡。而parkin基因的病理性突变将导致parkin蛋白功能障碍，导致酶活性减弱或丧失，必然影响机体对蛋白的调控和异常蛋白的清除[13-14]。目前，已经在十余个国家不同种族的家系或散发PD患者中发现了大量parkin基因的突变，这提示parkin基因相关性PD在全世界范围的广泛分布，也说明parkin基因突变对PD发病机制方面的重要作用。

　　1.3 DJ1基因(PARK7)

　　DJ1基因突变首先是在荷兰和意大利两个AR遗传的早发PD家系中发现的。DJ1是继parkin之后第二个最常见的PD遗传性致病基因。到目前为止，已发现的DJ1突变有11种，包括点突变和大片断缺失。但DJ1的突变频率还是相当低，在散发性早发PD中的突变频率为1%左右，晚发PD中尚未发现DJ1突变。研究发现，DJ1 基因定位于染色体1p36，编码含189个氨基酸的DJ1蛋白。DJ1可能作为体内的抗氧化物质或是氧化应激的感受器，其参与氧化应激反应的途径可以是直接参与缓冲胞浆内的氧化还原状态，也可通过转录及转录后水平或是与转录因子相互作用，通过调控基因表达来实现。有证据表明PD的神经元损伤与内质网应激有关，而内源性DJ1的下降可增加内质网应激对神经元的损伤[15-17]。

　　1.4 UCHL1基因(PARK5)

　　泛素羰基末端水解酶(ubiquitin Cterminal hydrolase L1，UCHL1)基因定位于染色体4p14，共有9个外显子，全长10 kb。UCHL1蛋白在所有脑区均有表达，尤其见于黑质。Lewy小体内UCHL1染色阳性，提示它可能参与了蛋白酶体降解通路。Setsuie等[17]发现一来自德国的PD家系姐弟两人UCHL1基因的表达存在193M突变，临床表型类似PD，对左旋多巴类治疗反应良好。Lincoln等[18]对11个PD家系进行了UCHL1的整个编码区测序，发现了3号外显子区S18Y多态性。其在白种人的频率约为20%，提示S18Y是一个无害多态。随后对不同种族的散发性病例和对照的研究均证实S18Y多态性与PD发病呈负相关。功能研究发现，UCHL1既具有泛素水解酶活性，也具有泛素泛素连接酶活性。I93M突变明显降低了水解酶活性，影响了泛素单体循环，也降低了细胞降解蛋白的能力，可能导致各种蛋白聚积，最后引起神经原死亡。而S18Y多态性在保持正常的水解酶活性的同时，明显降低了连接酶活性，促进了泛素循环，有利于保持细胞内泛素池，增强了细胞降解蛋白的能力[20-21]。2 环境因素和PD

　　环境因素导致PD发病学说起源于1983年。当时美国一群年轻人在吸食毒品后出现了严重的不可逆性PD样综合征，包括运动迟缓和肌僵硬，并且左旋多巴对其有很好的疗效。对他们吸食的合成毒品进行检测发现内含有1甲基4苯基1,2,3,6四氢吡啶(1methyl4 phenyl1,2,3,6 tetrahydropyridine,MPTP)，同时应用MPTP在其它灵长类动物也诱导出PD样症状。MPTP 能通过血脑屏障而被多巴胺能神经元摄取，通过单胺氧化酶(主要为单胺氧化酶B)转化为甲基苯基吡啶离子(MPP+)，后者可直接被多巴胺能神经元膜上的单胺转运体摄取进入胞内，然后进入线粒体，特异性的与复合物Ⅰ结合并抑制其活性，进一步抑制ATP合成，最终使多巴胺能神经元变性死亡[22]。

　　流行病学调查显示，除草剂、杀虫剂等农药也是PD的重要危险因子，经常接触这些农药的人群PD患病率明显高于非暴露人群。农药鱼藤酮(rotenone)和除草剂百草枯(paraquat)是一种广泛的线粒体复合酶Ⅰ抑制剂。目前已经通过慢性静脉内给药成功建立了PD的大鼠模型，这些大鼠脑内出现Lewy小体样聚集物，该聚集物含有αsynuclein，与人类患者脑内变性的纹状体多巴胺能神经元类似[23-26]。另有研究发现，水果和茶叶中含有一种天然的亲脂性线粒体复合酶Ⅰ抑制剂annonacin，将其注射到大鼠体内能够诱导黑质多巴胺能神经元变性，大鼠出现非典型PD 样综合征[27]。

　　3 线粒体功能和PD

　　线粒体存在于所有的细胞中，是细胞供能的主要细胞器，其氧化磷酸化体系位于线粒体内膜上，由五个复合物组成(复合物Ⅰ～Ⅴ)。自从发现MPTP的代谢产物MPP+能够抑制线粒体呼吸链复合物Ⅰ，线粒体功能障碍便一直是PD发病机制中的研究热点。尸检发现,散发性PD患者的黑质致密部存在脂类、蛋白质和DNA的氧化损伤以及线粒体呼吸链中的复合体Ⅰ活性下降;黑质区细胞谷胱甘肽，还原型谷胱甘肽，谷胱甘肽过氧化氢酶和过氧化氢酶水平的降低，线粒体内氧化型谷胱甘肽水平的升高。应用MPTP和Rotenone建立的PD细胞模型的研究发现，活性氧(reactive oxygen species，ROS)水平升高，脂质过氧化，进行性谷胱甘肽缺失，线粒体去极化，细胞色素C释放增加，激活caspase3，最终细胞凋亡;另外，MPTP和Rotenone还可以增加αsynuclein蛋白的含量，这也与氧化应激密切相关[28-29]。因此有学者认为[30]，PD患者黑质区细胞脂质过氧化、蛋白质以及DNA损伤均是由于线粒体功能障碍，氧化应激所致。

　　最近发现的DJ1和PINK1(一个假定的丝氨酸苏氨酸激酶)这两个家族性致病基因，再一次强调了线粒体功能障碍和氧化应激在PD发病中的重要性，尤其是PINK1，它首次将线粒体的原发性缺陷和PD的发病机制联系到一起。PD患者死后尸检发现黑质的多巴胺能神经元中复合物Ⅰ缺乏;早期研究还发现血小板线粒体功能低下，现代分子生物学进一步证实PD病人多种组织细胞内的线粒体复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ甚至Ⅳ都存在功能缺陷。研究发现，正常情况下DJ1部分位于线粒体，而线粒体复合体Ⅰ活性抑制所诱导的氧化应激则增加了DJ1在线粒体上的分布，从而抵抗线粒体依赖性的细胞死亡[21,31-33]。其它致病基因的产物也与线粒体功能障碍相关。目前体内和体外实验研究均表明，线粒体复合体Ⅰ活性抑制能促进αsynuclein蛋白阳性包涵体产生，提示αsynuclein的积聚是线粒体功能障碍的下游结果[28,31]。

　　随着人们对PD的发病机制的研究，特别是随着越来越多的PD致病基因的发现，研究者们开始怀疑：PD是一个单独的疾病实体还是一组有相似临床表现但具有不同病理生理过程的疾病群?然而，学者们对PD发病过程中的一条主线越来越明朗——线粒体功能障碍、氧化应激和UPS功能障碍很可能是散发性PD和家族性PD患者发病过程中的共同分子致病机制，针对这一主线的进一步研究可能会给PD的治疗带来新的希望。

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